رسوب زدایی مبدل های حرارتی با واترجت

یکی از مهمترین تجهیزات صنایع نفت، گاز ، پتروشیمی ، پالایشگاه و نیروگاه ها مبدل های حرارتی یا heat exchanger است که نقش انتقال حرارت را ایفا می‌کنند. داشتن راندمان بالا در این تجهیزات، تاثیر به سزایی در افزایش راندمان کل فرایند تولید دارد. از مهمترین عوامل کاهش راندمان در یک مبدل حرارتی، رسوب گیری آنها می باشد. به همین علت در هر صنعتی که از این تجهیزات استفاده می کند، دوره های زمانی مشخصی برای رسوب زدایی و شستشوی مبدل حرارتی تعریف شده که با ابزار های مختلف از جمله واترجت تمیزکاری و رسوب زدایی انجام می شود.

رسوب زدایی و شستشوی مبدل حرارتی

به مرور زمان، به دلیل انباشته شدن موادی روی سطحی که در تماس با سیال است، مقاومت حرارتی لوله ها افزایش پیدا کرده و انتقال حرارت کاهش می یابد. با افزایش این مواد یا رسوبات، انتقال حرارت به شدت کاهش یافته هزینه گزافی را بابت کاهش تولید تحمیل می‌نماید.

استاندارد TEMA برای طراحی مبدل ها ضریبی را ارائه داده که بتوان تا مدتی از این تجهیزات به طرز قابل قبولی استفاده نمود تا اینکه مجددا مبدل از مدار خارج شده و رسوب زدایی شود.

عوامل ایجاد رسوب

1. ذرات معلق در سیال
2. کاهش حلالیت نمک ها با افزایش دما
3. خوردگی و زنگ زدگی
4. عوامل بیولوژیکی که از فیلتر های آب عبور کرده اند
5. تشکیل کریستال های جامد
6. انجام واکنش های شیمیایی
7. انجماد مواد

شستشو و نگهداری (Cleaning and Maintenance)

با توجه به هزینه های تحمیلی بر اثر رسوب گیری مبدل ها و لوله های انتقال مواد که جزیی از فرایند تولید می باشند، می بایست در زمان های معین، عملیات  اورهال (over haul) و رسوب زدایی انجام شود.

سخت ترین بخش تمیز کردن، نظافت مجموعه tube bundle از مبدل های حرارتی پوسته – لوله ای است. تعداد زیاد لوله باریک که باید سطح داخلی و بیرونی آن در زمان کوتاه اورهال تمیز شود کار را برای پیمانکاران مشکل می سازد.

قسمت بیرونی لوله های مبدل حرارتی با واترجت صنعتی و با استفاده از گان تمیز می شوند. داخل لوله ها که در برخی صنایع اغلب با مواد پلیمری و خیلی سخت چوک شده اند به راحتی تمیز نمی شوند.

روش‌های اصلی رسوب زدایی مبدل حرارتی:

برای از بین بردن رسوبات مبدل حرارتی از سه روش عمده استفاده میشود:

• شستشوی شیمیایی
• شستشوی مکانیکی
• شستشوی هیدرولیکی ( واترجت فوق فشار بالا )

شستشوی شیمیایی

مواد و محلول های قلیایی، اسیدی، ضد خوردگی، مرطوب کننده و آلی مورد استفاده قرار می گیرد. انتخاب نوع حلال بر اساس جنس فلز و آلیاژ، قابلیت حل شدن رسوبات، و هزینه آن انجام می شود.

معایب:

• هزینه بالا
• اثرات منفی بر روی محیط زیست
• خطرناک بودن مواد مورد استفاده برای کاربر

شستشوی مکانیکی

بیشترین ابزار مورد استفاده در این روش، انواع تمیز کننده های پلاستیکی هستند که با اسم پیگ ( pig ) شناخته می شوند. این تمیز کننده ها تنها در لوله هایی که دارای رسوبات نرم باشند کارایی دارند. از دیگر ابزار مورد استفاده، برس ها و تمیز کننده های فلزی هستند که برای رسوبات سخت تر استفاده می شوند. در کنار استفاده از این ابزارها می بایست از جت آب نیز استفاده نمود.

شستشوی هیدرولیک

دستگاه های واترجت صنعتی موثرترین و کارآمدترین روش برای شستشوی لوله های و مبدل های حرارتی می باشند. اگر رسوبات مجرا ، نرم و سطحی باشند، واترجت های با فشار 250 بار موثر خواهد بود. هرچه سختی رسوب و آلودگی بیشتر باشد از دستگاه های با فشار بالاتر استفاده می شود.

تمیز کردن سخت ترین رسوب ها و آلودگی ها و رسوبات پلیمری با استفاده از واترجت فوق فشار قوی تا 3000 بار و با کیفیت بسیار مطلوب امکان پذیر می باشد.

پارامترهای موثر در شستشو با واترجت

واترجت فوق فشار قوی می تواند لوله هایی که از هیچ روش دیگری قابل تمیز شدن نیست را رسوب زدایی نماید. آگاهی از تکنولوژی پیشرفته این تجهیزات، موجب می شود استفاده از واترجت های صنعتی با کارایی بسیار بیشتری همراه باشد. به همین دلیل در ادامه پارامترهای اصلی موثر در شستشو توسط واترجت ها مورد بررسی قرار می گیرد:

1. فشار موثر جت آب

نیروی مورد نیاز برای جدا کردن آلودگی ها از سطوح با فشار آب تامین می شود. آلودگی های جزیی با فشار کم آب از بین می روند ولی رسوبات سخت، پلیمری، روغنی و آلودگی هایی که در اثر مرور زمان پیوندهای سطحی محکمی با سطوح ایجاد کرده اند نیاز به نیروی بسیار بیشتری برای رسوب زدایی دارند.

2. فاصله نازل از سطح

وقتی که نازل در فاصله نزدیکتری به سطح آلودگی قرار داشته باشد، تاثیر ضربه واتر جت بیشتر شده اثر تخریبی بیشتری بر روی آلودگی خواهد داشت. همچنین پمپی که فشار فوق بالا را تامین می کند از نوع پمپ پیستونی بوده و با اینکه جریان سیال پیوسته به نظر می رسد، در هر دقیقه حدود 4000 ضربه پرفشار آب به سطح وارد می کند. تاثیر این ضربه در فاصله نزدیک بسیار زیاد  می باشد و با افزایش فاصله به دلیل افزایش قطر ستون آب و کاهش انرژی، این تاثیر کمتر می شود. تاثیر فاصله در نمودار زیر نمایش داده شده است.

تاثیر فاصله نازل از سطح بر کارایی واترجت در رسوب زدایی

3. دبی سیال

افزایش دبی (Flow Rate) سیال می تواند سرعت تمیز کردن را افزایش بدهد و همچنین تاثیر فشار را نیز افزایش دهد. اما با افزایش دبی، علاوه بر مصرف بسیار بیشتر آب، نیروی عکس العمل وارد شده به اپراتور بیشتر و حمل نازل سخت تر می شود. استفاده از انواع ربات ها این مشکل را مرتفع می نماید. برای رسوب زدایی و تمیز کردن داخل لوله ها با استفاده از انواع drain speed می توان به راحتی از بالاترین نرخ سیال عبوری استفاده نمود. همچنین با استفاده از نازل های مختلف میتوان نیاز به دبی بالا را کمتر کرد و با هزینه کمتری به نتیجه دلخواه و مطلوب رسید. در نمودار زیر، تاثیر دبی بر تمیزکردن در فاصله یکسان نازل از سطح، نمایش داده شده است.

تاثیر دبی نازل بر کارایی واترجت در رسوب زدایی

4. زاویه پاشش آب

بیشترین فشار آب زمانی است که مسیر آن به صورت عمود بر سطح وارد شود. در این حالت بیشترین نیرو به آلودگی وارد می شود. ولی پاشش آب با زاویه 45 درجه با دو کارکرد به تمیز کردن کمک می‌کند:

1. سهولت در جلو رفتن نازل
2. به عقب راندن رسوبات جدا‌شده و در نتیجه خروج آنها از لوله

نازل واتر جت با چند خروجی و با زاویه های مختلف

5. تعداد نازل ها

استفاده از چند خروجی در نازل موجب بالا رفتن سرعت رسوب زدایی سطح لوله ها می شود. البته در مورد رسوبات سخت تر، به فشار آب و درنتیجه نیروی بیشتری برای جدا کردن آلودگی از سطح نیاز است. در این مواقع از تعداد کمتری خروجی نازل استفاده می گردد. بنابراین برای هر پروژه می بایست از لوازم جانبی مناسب استفاده نمود.

6. کیفیت جت آب